高清摄像机是什么高清电视摄像技术问题解决详解

　　摘要：高清摄像机具有很高的灵敏度，很高的信噪比，以及极小的垂直拖尾电平。即使在恶劣的环境中，它们也能保证再现出逼真的图像。高清电视本身的特定技术条件，决定了高清电视照明的特殊要求，其特点是光线要柔、布光均匀、光比小、透视感强。
　　【高清摄像机】高清摄像机是什么高清电视摄像技术问题解决
　　什么是高清摄像机
　　高清摄像机，即是可以高质量、高清晰影像，拍摄出来的画面可以达到720线逐行扫描方式、分辨率1280720，或到达1080线隔行扫描方式、分辨率19201080的数码摄像机。
　　高清概念
　　可能很多人还只能依稀的知道1080P什么的。当你在广告中看到数字电视机时，总会说支持1080i1080P这样标准，我们来看看1080i和1080P都代表着什么意思mdash；mdash；1080i和720p都是在国际上认可的数字高清晰度电视标准。其中字母i代表隔行扫描，字母P代表逐行扫描。而1080、720则代表垂直方向所能达到的分辨率。1080P是目前最高规格的家用高清信号格式。
　　高清标准
　　高清视频监控随着社会的进步得以迅速发展，主要是为了解决人们在正常监控过程中ldquo；细节rdquo；看不清的问题。ldquo；高清rdquo；即ldquo；高分辨率rdquo；，关于高清的定义，最早来源于数字电视领域，高清电视，又叫ldquo；HDTVrdquo；，是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。电视的清晰度，是以水平扫描线数作为计量的，它的集中高清划分方式如下：
　　（1）1080i格式，是标准数字电视显示模式，1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16：9，分辨率为1920times；1080，隔行60Hz，行频为33。75KHz。
　　（2）720p格式，是标准数字电视显示模式，750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，16：9，分辨率为1280times；720，逐行60Hz，行频为45KHz。
　　高清摄像机特点
　　1、图像清晰度高
　　高清IP网络摄像机，它采用500万像素的逐行扫描CMOS图像传感器清晰度可达720P（1280720分辨率）1080P（19201080分辨率）全实时广播级图像画质，清晰度远远高于传统意义上的CCD模拟摄像机，真正实现了高清监控的目标。
　　2、系统的环境适应性强
　　系统具有自适应的智能调节模式，会根据不同光线环境自动调节摄像机的光圈、增益、降噪等参数，能够始终保持最完美的画面效果。由于系统实现了监控从采集到存储的全数字化，因此，对于传统意义上所存在的摄像机受到光线变化影响直接影响画质的现象将不会存在。同时对于线路传输中普遍存在的视频信号干扰等也将彻底消失。
　　3、色彩还原逼真
　　系统采用的视频采集压缩芯片，是来自于美国的世界著名品牌，也是sony松下等专业广播级视频采集芯片的提供商，色彩显示堪比专业3CCD摄像机的色彩还原，在图像的色彩的高保真、色彩信息处理、宽动态、系统降噪等多方面都有着绝对优势。
　　4、系统寿命长
　　由于系统采用了CMOS图像传感器，因此，在摄像机功耗、发热量低。稳定性也远远高于传统的模拟摄像机。同时由于组件相对简单，故障率也相对较低。将支持POE供电，直接通过网线供电，解决了现场供电的问题。
　　高清电视摄像技术问题解决
　　对于已经熟悉标清电视摄像技术的摄像师来说，你要想拍摄高质量的高清电视节目，首先要了解高清电视的技术标准和高清电视摄像机的特点，其次你还要具备高超的高清电视摄像的技术和解决在高清电视摄像中出现的一些技术问题的能力。如：曝光问题、焦点问题、照明问题、构图问题等。这些技术问题在标清电视摄像中要求不是很高，但是在高清电视摄像中就必须精心对待、认真解决，否则就会影响高清电视画面的质量。
　　一、高清摄像机的特点
　　高清摄像机与标清摄像机的主要不同在于扫描格式上，其他如外观结构，开关设置和操作使用等大致相同。以下介绍SONY公司HDW750CE高清晰度摄像机的一些特点。
　　HDW750CE数字摄录一体机是SONYHDCAM高清节目制作系列产品中的新成员。作为108050i的高清节目制作前期设备，HDW750CE是继108024P的HDWF900之后推出的全新的前期设备，尤其适合中国广播电视用户的要求。其主要特点如下。
　　HDW750CE采用了最先进的220万像素的CCD，高质量的10比特数模转换以及最新的数字电路处理技术（DSP），所以它们具有更高的灵敏度，更好的信噪比，以及极小的垂直拖尾电平。即使在恶劣的环境中，它们也能保证再现出逼真的图像。
　　HDW750CE能提供许多先进的图像处理功能，如：多点彩色矫正矩阵，增强色温平衡功能，增强对比度控制，增强高亮度控制和三通道皮肤细节调整。这些手段使得摄像师通过简便的调整就可以更加充分体现导演的意图。
　　HDW750CE内置HDSDI输出接口，可以满足摄录一体机高清信号现场回放的要求。如果通过选购的下变换板，它们也可提供SDI和复合视频信号输出，以适合众多现有用户的需要。
　　二、高清电视与标清电视清晰度的比较
　　电视的清晰度是指画面再现物体细部的能力，即对不同色调物体的极小的相邻面积，极其细节部分的分辨能力。清晰度的高低直接影响着电视的画面质量。电视画面的清晰度除了受电视系统的设备影响外，还受照度、明暗对比度、光线性质和光线方向等各种因素的影响。
　　不论是高清还是标清电视，现代电视摄像机中使用最多的摄像器件是电荷耦合器件（CCD），CCD是一种有限像素摄像器件，因此其清晰度受到像素数量的限制。目前高清摄像机使用的CCD水平方向像素大约是2000个（实际是1920个），标清摄像机大约1000个（实际是980个）。因此，高清晰度摄像机能够达到的水平清晰度为2K，标准清晰度摄像机是1K。不过，由于传输带宽的限制高清摄像机输出信号的清晰度只有1。55K，标准清晰度摄像机只有0。64K。由于技术水平的限制，目前实用的高清录像机采用了带宽限制技术，高清电视摄像机实际记录的电视信号水平清晰度大约相当于1。25K。
　　三、曝光技术
　　摄像师站在摄像机前，面对所要拍摄的景物，观察在一定的光线照明条件下，根据被摄景物所反映的明亮程度以及明亮程度分布的范围，然后确定曝光量，确定光圈的大小，调整伽玛特性等措施，将景物亮度范围最有效的部分摄取到感光器件（CCD）的界面上，形成色度饱和、明暗适中的视频图像。
　　在实际拍摄中，景物亮度范围有时比较大，超过了CCD所能容纳的亮度范围。这时正确地曝光是决定画面成像质量的关键。曝光过度，画面反映泛白甚至限幅，导致画面的高亮部分层次丢失。曝光不足，画面的层次少，尤其是暗部的层次不能主动体现。对于高清摄像来说，我认为正确的曝光量应该控制在plusmn；0。5档光圈的范围内。
　　摄像机的曝光值一般是根据寻像器中的斑马线和自动光圈来确定的。但在实际工作中我们发现，摄像机寻像器中的光圈检测值与镜头的刻度不能完全一致，不能反映出半档光圈的变化。所以在曝光的精度方面，建议在拍摄现场增加标准监视器和示波器。特别是在照度比较大的外景拍摄时，应注意对高光部分层次的保留。
　　1、伽玛特性的调整
　　摄像时，有时场景中有高光部分，它会超出CCD的感光动态范围，拍摄成的画面在高光部分不能反映景物的质感，这就要通过调整伽玛特性，来取得最佳曝光效果。
　　在正常亮度范围内，CCD呈现理想的线性光电转换特性，如图1所示。图中的直线表示光导电特性。光导电特性在有限范围内，景物亮度与输出电平呈现正比例关系，能如实再现景物亮度，再现值总是与被摄对象的亮度、色调成正比。在超过上限幅电平（0。7V）或下限幅电平（0V）以外时，景物亮度、色调就会突然再现成一片空白或者是一片漆黑。光导电曲线的直线部分是陡直上升的，故表示被摄体亮度范围较窄，动态范围（电影为宽容度）有限或偏低。
　　弧线表示伽玛特性。伽玛特性是非线性电路（伽玛校正电路）处理后形成的曲线特性，经过伽玛校正电路处理的光导电特性呈现非线性特征，特别是对比度被压缩了的高光部分增强了感光能力（从点划线到虚线范围），在高清摄像机技术中把高光部分的斜率处理称为拐点处理。高清摄像机采用了精密的数字处理电路，摄像师可以通过设置菜单精确地分段调整摄像机的伽玛特性，以实现不同的曝光意图，以达到控制画面的影调层次和高清晰度的目的。
　　2、确定曝光值的参考工具
　　在拍摄现场为了精确曝光，我们可以通过彩色监视器和示波器来观察、调整曝光值。这是保证高清电视画面质量的有效措施。因此，监视器和示波器参数的调整就显得非常重要。
　　监视器的调整。为了调整颜色，我们首先要给监视器输入彩条信号，大家知道，蓝色成分是分布在彩条信号左边的白、黄、兰、绿四个条里，在标准的75彩条里，相应的蓝信号在这四个条里的幅度是完全一致的。监视器上一般都有一个只看蓝色的按键，我们按下去以后，只有蓝色的信号在屏幕上显示出来，我们只需要调整色度，使相应的四个条亮度一致就可以了。用这种方法，可以使监视器能比较准确地再现画面的色彩和影调。
　　亮度和对比度的调整。亮度调整是让我们进行黑电平调整，对比度调整是使我们将亮度层次拉开。调整亮度电平时，亮度信号是整体提升或下降。如果我们不正确地调整亮度，可能在亮的区或比较暗的区，信号发生重叠，细节分辨不出来。相反，如果我们把对比度放大或缩小，暗部的基点是不动的，各个彩条的灰度发生亮度程度变化。
　　为了调整亮度的信号，需要输入三电平调整信号（PLUGE），三电平调整亮度的信号包括3黑、0黑、3灰。调整时，我们使3黑与0黑两个条都相对一样，但是3的灰条一定要看到，这就是正确的亮度信号。
　　对比度调整，实际上没有一个相应的严格标准，我们可以根据环境以及感觉调到一个合适的电平。但是，高对比度可能会使相应的清晰度下降。每一台监视器都有一个相应预置的对比度值，把对比度值调整到这个位置即可。
　　示波器提供了图像的一系列窄角测光表的读数，它是对相应的被摄体亮度的准确表达。设置示波器要相对容易些。我们将黑色电平调校在示波器上7。5IRE的位置。这表明，最暗的被摄体影调在7。5IRE处而不是在0。0IRE刻度处。
　　其次是决定场景的曝光值。我们将18的灰板的亮度信号安排在50IRE单位，这是通过设置摄像机的光圈，并保证照明强度与该摄像机光圈值相适宜而实现的。设置光圈可利用灰板，或基于使用入射光型测光表，事先计算好摄像机的曝光系数当量。这样，我们就得到了位于7。5IRE处的黑色电平和该场景的光圈值。对场景中的高光部分，可以用摄像机的拐点设定使它位于100IRE处。简而言之，设置示波器首先要设置黑色电平在7。5IRE，并将灰色曝光为50IRE。然后通过照明或拐点处理，使重要的高亮度落在示波器的100IRE单位上。
　　四、聚焦技术
　　高清摄像机的焦点不易对准是大家反映的一个普遍问题。其实高清的焦点问题是由高清的高清晰度引起的，因为高清的分辨率高，水平视场角比标清大，画面包容的景物多，景深比标清小很多，所以聚焦时要格外小心。
　　在外景拍摄时高清摄像机的寻像器与标清的一样，要想找到准确高清晰的焦点确实比标清困难。如果摄像师把握不准，建议还是使用标准监视器，而且越大越好。
　　高清电视拍摄时，为了获得最佳清晰的影像，高清摄像的聚焦技术与标清摄像的聚焦技术有所不同。正确的调焦方法如下：
　　高清拍摄静态镜头时，应把变焦距摄影镜头变焦至某挡焦距处（即适当景别），当作定焦距镜头使用，则具体使用哪一挡焦距拍摄，就应直接在该当焦距状态下精确调焦，直到寻像器中被摄主体的影像最清晰时为止，或直至调焦基线所指示的刻度值刚好等于用皮尺所直接测量出的调焦距离值时为止。
　　标清拍摄静态镜头时，往往习惯于先将变焦环变焦至最大焦距处精确调焦，然后再将其变至预选短焦距处拍摄。这种方法不适合高清摄像技术的调焦要求，因为变焦距镜头在变焦时，普遍存在着微量的像面漂移现象，不同焦距处的最佳焦点位置未必精确一致，此外，使用推拉式变焦距镜头时，还容易在调焦完毕后的变焦过程中，使调焦位置在无意中被误触动而改变。故此，在高清摄像时，为了获得被摄主体的最清晰影像，就必须在所用焦距状态下直接精确调焦后拍摄，否则画面的焦点将变软而影响画面的清晰度。
　　五、照明技术
　　电视画面的清晰度除了受照度而引起的光圈、景深影响外，还受照明的明暗对比度和光线的性质等因素的影响。
　　值得注意的是画面清晰度的高低，并不取决于整个画面的明亮程度和采用大量的照明光线。关键在于使用适度的明暗对比度和相应的光线性质。
　　1、明暗对比度与清晰度
　　电视屏幕上最亮部分与最暗部分亮度的比值称作对比度。对比度大时图像黑白分明，明暗反差大，电视画面的清晰度与照明的对比度有关。照明的对比度除了被摄体与背景以外，还有被摄体本身不同光线方向之间的明暗对比度。如果照明使画面的灰度等级（从最亮到最暗可以分辨出的深浅不同的层次数）愈多，那么，电视显示图像细节的能力越强，清晰度越高，质量越好。
　　照明对被摄体与背景对比度的处理，在一般情况下，被摄体要比背景亮。因为过亮的背景不仅会分散人的注意力，而且会使被摄体变暗，光线暗的区域其立体感和细节部分的显示就差，清晰度就必然降低。对照在被摄体上不同方向的光线照明也要正确地控制其明暗对比度，使最亮部分与最暗部分的影调层次得到充分的体现。任何过渡暗和过渡亮的光线都能掩饰图像的细节，而使画面模糊。照明的明暗对比度对高清电视来讲显得更重要。
　　2、光线性质对画面清晰度的影响
　　物体在高清电视画面上呈现的清晰度，不仅与光线的对比度有关，而且同光线的性质有关。光线性质的硬与软对物体外观的清晰度同样有很大的影响。值得注意的是照明光线性质的选择，是由物体表面结构决定的，即物体表面结构不同，其采用的光线性质也不同，一般来说，粗糙物体的表面宜用硬光照明；光滑的物体表面宜用柔和的散射光照明。在电视拍摄时，我们会发现在阴天下拍摄的景物因没有影子而显得平淡呆板，表面质感消失，而一旦受到阳光的逆向照射，物体轮廓就会立即脱颖而出，可见，光线性质对画面清晰度有很大的影响。
　　从画面的总体效果来说，由于硬光能勾划出被摄景物的轮廓，质感十分明显，所以使我们感到空间感强。而柔光照明很容易产生平淡的无立体感的图像，因而就不能提供最佳清晰度。
　　但从画面的局部效果来说，可能由于硬光造成的过大的明暗反差，而使物体细部的再现能力降低。而柔光所造成的细腻的影调层次，相反能提高我们对物体细部的分辨能力，故此感觉画面清晰度高。高清摄像照明时应使用较软的光线，这对提高画面的清晰度十分有利。
　　总之，画面清晰度是有很多因素决定的。照明对光线的明暗、软硬、方向的选择，应根据我们要突出的重点和景别而定，这样才能提高画面的清晰度。
　　3、高清电视的照明特点
　　高清电视本身的特定技术条件，决定了高清电视照明的特殊要求，其特点是：
　　光线要柔和。照明时应采用软光照明，尽量少用硬光。特别是用于人物脸部的光线，最好采用柔和的散射光。可在聚光灯前加上柔光片或纱网使光线变软。
　　布光要匀。就是演区的光线要均匀。在布光时，不同方向的光线照向演区时，同一方向光线的照度要一致，以保证摄像机变换机位连续拍摄时，前后画面影调的一致性。因此，电视照明的均匀性是指演区的照度和反差的一致性。
　　光比小。光比小就是要调整被摄对象与背景，被摄对象本身各个不同方向灯光的相对亮度比，以及画面中不同的物体之间的相对亮度比。高清电视照明的光比一般为2：13：1，但随着光线角度的不同和我们需要突出的重点应增大或缩小光比。高清电视照明的光比要小，是与电影照明相比较而言的。
　　透视感强。即画面的透视感要强，当然透视感与很多因素有关，但高清电视照明必须要注意影调与色调的阶调变化，着力于立体感，层次感、空间感的表达，这是高清照明区别于标清照明的显著特点。
　　六、画面构图的特点
　　在画面构图方面，高清电视和标清电视根本上是非常相近的，只有一些小的差异，其中的一个不同，就是画幅的不同，即16：9和4：3的画幅问题。我们如果要用高清拍摄，标清播出，一定要注意构图的画幅结构的问题。高清电视下变换成标清电视时（16：9画幅变成4：3画幅），有三种模式：信箱模式（上下的部分会出现黑边，有效画面范围变窄），压缩模式（横向压缩使图形变形，但是整个的信息都出现在屏幕中），切边模式（左右两边的信息被去掉，画面内容不完整）。我国观众已习惯信箱模式。
　　16：9和4：3画幅所带来的取景问题，摄像师如能认识到4：3取景的范围，便可以用16：9的高清摄像机拍摄，比较方便的生成完整的4：3的图像。通常采用在摄像机的寻像器中加4：3的标识框来解决这个问题。此外，由于使用了16：9模式取景，在镜头处理上与常规的4：3模式也有较大的区别，水平方向视角的变大导致水平运动的物体在屏幕上停留的时间变长，考虑到人眼的视觉感受，可能要求摄像师加快摄像机镜头的摇摄速度，以加快镜头节奏。
　　七、电视电影画面质量的调整技术
　　用高清摄像机，若想拍摄出电视电影的画面效果，首先要清楚电影画面的效果是什么样的。电影与电视相比，电影画面的细节比较柔和自然，灰阶的过渡比较平缓，因此层次比较丰富，在图像高光部分，由于胶片的宽容度比电视的宽，因而保留了大量的高光部分的细节层次，而在低照度区域则压缩幅度较大。显得整个画面比较灰暗。
　　通过以上对电影画面效果与摄像机画面的比较和分析，我们就可以利用摄像机的强大的画面调整能力，去有目的营造电影画面效果。
　　1、画面影调与反差的调整
　　画面影调与反差，可以通过伽玛菜单的调整，使画面的质量得到改善。调整黑电平、黑伽玛、主伽玛、拐点、斜率和白切割电平等项目的参数，为每个镜头的场景亮度关系定制出一条最匹配的伽玛曲线，使场景的亮度间距以最适合的比例压缩或扩展到CCD全部可用的动态范围之内。
　　适度的调整主黑电平，拍摄白天外景戏时设置在1015左右，拍摄夜景戏或室内戏时，设置在04左右，当然，设置参数要根据剧情具体要求而定。再调整主黑伽玛，适当降低一些黑伽玛电平，实现暗部区域的局部影调压缩，增加暗部区域的表现力。这样的设定可以保证暗部有足够的密度。其次，调整主伽玛电平到2050之间，将中灰影调的过渡放得平缓，以丰富直线区域的色饱和度和层次。在选择了合适的灰度过渡后，需要针对相应的色彩还原作调整，这项工作可以在矩阵菜单项（MATRIX）中完成。
　　对于高光部分，适当调整拐点的增加和斜率的减少，同时，依据画面要求调整白切割电平，可以扩大影调的范围，尽可能多地容纳更多的高光细节和层次。
　　通过以上的调整，可以将画面的影调调整到与电影效果极为相近的程度。尤其在画面的暗部和灰部过渡部分，与电影画面相差无几。高光部分的差别还是比较明显的，但是，如果在摄像机上使用电影镜头，效果会有明显改善。至于景深的差异，可以通过加大相应档位的光圈或使用相当的长焦距镜头来弥补。
　　2、轮廓清晰度的调整
　　由于CCD上的感光单元在水平方向和垂直向都是分离的，所以它在这两个方向上都是以抽样的方式传送图像信息的，这样，在重现图像时沿着水平和垂直方向的黑白突变处就变模糊了，同时因为高频信号幅度下降而使图像细节变模糊，这种现象也称为孔阑失真。
　　孔阑失真的特点是只有高频幅度降低，而没有相位失真。因此，它必须用特殊电路进行校正，这种电路就是轮廓增强电路，通过提高图像信号上升沿和下降沿的陡度，以增强图像黑白突变处的对比度，甚至给图像勾画边沿，实现改善图像轮廓清晰度的目的。轮廓增强电路，能明显的提高画面中景物的轮廓清晰度。高清摄像机都设有轮廓清晰度（DETAIL）开关和菜单调整项。
　　在拍摄高清电视时，有的人为了画面更ldquo；柔和rdquo；一些，关闭摄像机上的轮廓清晰度开关，以达到接近胶片的画面效果。我们觉得如果是拍摄带人物的中近景，高清对于人的面部和服装的沟边现象很突出，容易给人以生硬的感觉，出现这种情况就要关掉轮廓清晰度开关。但对风光画面就不一定非得这样做，因为高清的焦点本来就ldquo；软rdquo；，再关掉轮廓清晰度开关，和胶片比起来画面就会显得更加模糊。必要的轮廓细节反差增强还是必要的。关键是如何把握好尺度，一般使轮廓清晰度参数值控制在3075之间，规律是这样的，如果要拍全景或日景，会调高一些。如果拍近景或夜景就要调低一些。特别是低照度的时候，我们发现轮廓清晰度值提高的同时，把杂波也提高了，这一点要特别注意。
　　对于高清摄像技术的运用，我们仍然处于尝试和探索中。我们相信，随着高清摄像技术的发展与成熟，电视摄像师将伴随摄像技术的进步，与时俱进，在创作实践中积累经验，迈向技术与艺术的新境。